卫星抗辐射加固技术概论

目录
 
第1章绪论1
1.1空间辐射效应及其影响1
1.2卫星抗辐射加固技术研究范畴4
1.3卫星抗辐射加固技术国内外研究现状7
1.3.1国外卫星抗辐射加固技术发展现状7
1.3.2我国卫星抗辐射加固技术发展历程及研究现状12
1.4发展展望13
参考文献15
第2章空间辐射环境16
2.1概述16
2.2天然辐射环境17
2.2.1地球辐射带17
2.2.2银河宇宙线19
2.2.3太阳宇宙线20
2.2.4太阳活动21
2.2.5等离子体22
2.2.6地磁场23
2.2.7地球磁层26
2.3空间辐射环境模型27
2.3.1地球辐射带模型27
2.3.2银河宇宙线模型28
2.3.3太阳耀斑模型31
2.3.4空间等离子体模型33
2.3.5地磁场模型33
2.4典型轨道辐射环境特点34
2.4.1GEO辐射环境特点34
2.4.2MEO辐射环境特点37
2.4.3SSO辐射环境特点40
2.4.4LEO辐射环境特点42
2.4.5GTO辐射环境特点45
2.4.6HEO辐射环境特点48
2.4.7月球探测卫星轨道辐射环境特点49
2.5本章小节50
参考文献53
第3章空间辐射效应54
3.1概述54
3.2电离总剂量效应55
3.2.1基本原理56
3.2.2典型器件电离总剂量效应59
3.2.3材料电离总剂量效应68
3.3位移损伤效应71
3.3.1位移损伤机理71
3.3.2非电离能损与位移损伤剂量73
3.3.3典型器件位移损伤效应74
3.4单粒子效应84
3.4.1基本原理85
3.4.2单粒子效应的种类90
3.4.3典型器件的单粒子效应95
3.5卫星表面带电效应99
3.5.1基本原理100
3.5.2卫星表面材料带电性能104
3.5.3空间静电放电107
3.5.4表面带电对卫星系统的影响111
3.6卫星内带电效应116
3.6.1基本原理117
3.6.2内带电主要影响因素119
3.6.3内带电对卫星系统的影响122
3.7本章小节123
参考文献124
第4章辐射效应分析技术127
4.1概述127
4.2辐射环境分析技术127
4.2.1基本概念127
4.2.2辐射剂量分析方法130
4.2.3常用辐射环境分析软件133
4.3电离总剂量效应分析技术134
4.3.1带电离子在器件及材料中的能损计算134
4.3.2器件和材料性能退化的预示方法135
4.3.3电路级的预示分析软件135
4.4位移损伤效应预示技术136
4.4.1位移损伤分析方法136
4.4.2太阳电池阵寿命预示软件138
4.5单粒子效应预示技术139
4.5.1基本概念139
4.5.2单粒子翻转率计算模型140
4.5.3电路级单粒子效应仿真分析142
4.5.4单粒子效应对系统的危害性分析方法148
4.6卫星充放电效应分析技术148
4.6.1卫星表面电位分析技术149
4.6.2介质材料深层带电分析技术150
4.6.3空间静电放电分析技术153
4.7本章小节158
参考文献159
第5章抗辐射累积剂量效应加固技术163
5.1概述163
5.2抗电离总剂量效应加固技术164
5.2.1卫星抗电离总剂量效应加固设计的基本原则164
5.2.2抗辐射加固设计余量与元器件/材料抗辐射指标166
5.2.3卫星电子系统抗电离总剂量加固设计一般方法167
5.3抗位移损伤效应加固技术171
5.3.1抗位移损伤效应加固设计一般方法171
5.3.2典型光电器件抗位移损伤效应加固设计173
5.3.3典型系统级位移损伤效应加固设计174
5.4典型电子系统抗电离总剂量效应加固设计175
5.4.1典型电子系统电离总剂量分析计算175
5.4.2抗电离总剂量加固设计178
5.5本章小结179
参考文献180
第6章抗单粒子效应加固技术181
6.1概述181
6.2系统级单粒子效应危害度分析182
6.2.1任务需求定义及辐射环境分析182
6.2.2器件单粒子效应敏感度分析183
6.2.3既定辐射环境下器件适用性分析184
6.2.4单粒子效应危害度分析方法185
6.3电路/系统级单粒子效应加固设计186
6.3.1抗单粒子效应加固的器件选用要求186
6.3.2电路级单粒子效应加固技术187
6.3.3单粒子效应加固效果评估方法194
6.4FPGA应用中的单粒子效应加固设计194
6.4.1SRAM型FPGA器件的单粒子效应及其加固技术195
6.4.2熔丝型FPGA的单粒子效应及其缓解技术197
6.5本章小结200
参考文献201
第7章卫星带电效应防护技术202
7.1概述202
7.2卫星表面带电防护技术202
7.2.1星体等电位设计技术203
7.2.2主动电位控制技术208
7.3卫星内带电防护技术210
7.3.1一般要求210
7.3.2电荷泄漏与导电路径设计210
7.3.3内放电脉冲耦合及其控制212
7.4空间静电放电防护技术213
7.4.1空间静电放电特性213
7.4.2空间静电放电防护方法215
7.4.3主动回避技术218
7.5卫星带电防护设计的工程实践219
7.5.1卫星带电防护设计基本要素219
7.5.2卫星系统总体的带电防护设计221
7.5.3卫星带电防护设计指南及其应用221
7.6本章小节222
参考文献223
第8章空间辐射效应模拟试验技术224
8.1电离总剂量效应模拟试验技术224
8.1.1试验原理与方法224
8.1.2电离总剂量辐射效应测量234
8.1.3模拟试验设备237
8.2位移损伤效应模拟试验技术238
8.2.1试验原理239
8.2.2位移损伤效应模拟试验方法241
8.2.3模拟试验设备245
8.3单粒子效应模拟试验技术247
8.3.1重离子直接电离引起单粒子效应的试验原理247
8.3.2质子核反应引起的单粒子效应试验原理250
8.3.3单粒子效应测量252
8.3.4单粒子效应模拟试验设备256
8.4卫星表面带电试验技术261
8.4.1试验类型与试验方法262
8.4.2材料充电特性参数测量技术265
8.4.3高压太阳电池阵二次放电试验技术267
8.4.4模拟试验装置269
8.5卫星内带电试验与评估方法271
8.5.1试验方法271
8.5.2内带电模拟试验设备274
8.6本章小节275
参考文献276
第9章空间辐射环境及效应在轨监测技术279
9.1空间辐射环境在轨监测技术279
9.1.1质子/电子在轨监测技术279
9.1.2重离子在轨监测技术285
9.1.3等离子体在轨监测技术288
9.2辐射效应在轨监测技术291
9.2.1电离总剂量在轨监测技术291
9.2.2单粒子效应在轨监测技术293
9.2.3卫星充放电效应在轨监测技术295
9.3典型空间辐射环境及其效应监测装置300
9.3.1长期暴露装置（LDEF）300
9.3.2高轨航天器带电试验卫星（SCATHA）302
9.3.3紧凑型环境异常探测器（CEASE）303
9.3.4空间辐射环境监测仪（MERLIN）307
9.4本章小节309
参考文献310
第10章卫星抗人为辐射加固技术312
10.1概述312
10.2卫星的核爆炸辐射效应312
10.2.1核爆炸辐射环境312
10.2.2核爆炸辐射效应特点314
10.2.3核爆炸对材料的辐射效应314
10.2.4核爆炸对电子系统的辐射效应316
10.3卫星抗核辐射加固技术317
10.3.1瞬时电离效应加固技术317
10.3.2电子系统抗核辐射加固技术318
10.4卫星的电磁脉冲辐射效应322
10.4.1电磁脉冲武器类型322
10.4.2电磁脉冲辐射特点323
10.4.3电磁脉冲对卫星的破坏作用323
10.5卫星抗电磁脉冲加固技术325
10.5.1电子系统电磁脉冲防护技术325
10.5.2卫星电磁脉冲防护技术326
10.6卫星的强激光辐射效应327
10.6.1强激光武器类型327
10.6.2强激光辐射特点329
10.6.3强激光对卫星的破坏作用330
10.7卫星抗激光加固技术331
10.7.1基于传统光学原理的激光防护材料332
10.7.2基于非线性光学原理的激光防护技术334
10.7.3光电传感系统实用激光防护技术336
10.8卫星粒子束武器辐照效应338
10.8.1粒子束武器类型338
10.8.2粒子束武器辐射特点339
10.8.3粒子束武器对卫星的破坏作用339
10.9卫星抗粒子束辐照加固技术340
10.9.1卫星粒子束武器被动防护技术340
10.9.2卫星粒子束武器主动防护技术341
参考文献343
附录345
附录1常用单位常数345
附录2常用单位换算346
附录3辐射试验中常用的放射性同位素、主要辐射能量表347
附录4电子在铝中的实际射程（Rρ）348
附录5质子在铝中的一些特定射程349